Nano Lett. 封面 | 分形有机微米线实现低阈值放大自发辐射

英文原题：Fractal Branched Microwires of Organic Semiconductor with Controlled Branching and Low-Threshold Amplified Spontaneous Emission

通讯作者：雷义龙，天津大学

作者：Zuofang Feng (冯左芳), Tao Hai (海涛), Lulu Zhang (张路路)，Yilong Lei (雷义龙)

背景介绍

分形在自然界中随处可见，像海岸线、树木、雪花等都隐含着神秘的分形结构信息。借助金属催化剂的种子效应和气-液-固（VLS）生长机制，无机物可形成多种奇妙的分枝化纳米线结构。这些无机物分形结构的成功构筑启发了我们对于有机化合物类似结构的初步探索。不同于简单的一维有机纳米线或无定形薄膜，具有分枝模式的有机微纳晶体产生多处接触良好的主干/分支连接，在这些位点光捕获或光生载流子效果有望得到极大增强。然而，由于对有机分子间弱的相互作用缺乏有效控制，加之多级自组装行为又极其复杂，因此基于有机微/纳米线理性构筑分形结构仍然面临艰巨的挑战。合适材料体系的选择、生长路径的调控以及结构匹配晶种的引入将是分形结构形成的关键。 

图1.（a）模型化合物OPV-A分子结构。（b，c）未分枝和（d-i）多级分枝的OPV-A微米线形貌。（j）未分枝和（k）分枝OPV-A微米线的晶面归属。

文章亮点

近日，天津大学雷义龙教授在Nano Letters上发表了分形有机微米线的可控分枝合成及自发辐射放大（ASE）性能的研究。该工作以1，4-双[4-（二对甲苯氨基）苯乙烯基]苯（OPV-A）分子作为模型化合物，在液相组装过程中通过精心调控热力学生长路径，成功制备未分枝和分枝的OPV-A微米线。结合晶体学生长模型对这两类微米线结构进行晶面归属，比较了两者在优势生长晶面上的异同（图1），揭示了分形结构形成的关键因素，并探讨了OPV-A微米线分枝的内在机制。

图2.晶种诱导实现（a-f）单点和（g-j）多点OPV-A微米线可控异质外延生长。

进一步，利用预先制备的红色发光的9，10-二氰基蒽合金（苝客体占比0.05，DCA_0.95Pe_0.05）作为晶种，基于晶格匹配，实现了OPV-A分枝微米线的单点和多点异质外延生长，其密度和分级亦能精细控制（图2）。值得注意的是，单个阵列型异质分形结构主干/分支的ASE阈值和增益窄化与未分枝微米线相当，揭示其主干和分支之间存在高效的光耦合以及光传输行为，亦能作为多通道传输载体（图3）。

图3.单一未分枝微米线及阵列型异质分枝微米线不同位点的ASE性能研究。

总结/展望

针对分形有机微纳结构的制备难题，该团队利用简单有效的液相自组装策略首先实现了分枝有机微米线的均相外延生长。并通过特殊晶种的引入，实现了分枝微米线的单点或多点异相外延生长，合成多种分枝可控的分形结构。高效的发光效率和良好的主干/分支接触确保其低阈值ASE性能。上述研究成果为进一步探索有机半导体材料分形组装结构的新功能开辟了新的道路。

相关论文以补充封面形式发表在Nano Letters上，天津大学博士研究生冯左芳为文章的第一作者， 雷义龙教授为通讯作者。

通讯作者信息：

雷义龙  天津大学

雷义龙，理学博士，天津大学长聘教授，博士生导师。中国科学院化学研究所获博士学位后，先后在香港城市大学、新加坡南洋理工大学及香港理工大学从事博士后研究工作。其间在香港浸会大学化学系以研究助理教授身份开展两年教学及科研工作。研究领域聚焦于有机微纳光子学结构及材料的设计、合成及性能研究，特别着眼于多组分有机微纳材料的新概念、新结构、新合成手段及新功能的探索及研究。

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Nano Lett. 2023, 23, 3, 835–842

Publication Date:January 10, 2023

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03754

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